测量单个吸光分子产生的电流,开发模仿光合作用的超高效率太阳能电池_SOLARZOOM光储亿家
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测量单个吸光分子产生的电流,开发模仿光合作用的超高效率太阳能电池
  • 2026-04-20 09:54:40
  • 浏览:208
  • 来自:客观日本

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今井 Miyabi

东京科学大学 理学院物理学系 副教授

出生于埼玉县。2019年完成东京大学研究生院新领域创成科学研究科物质系专业博士课程,获得博士学位(科学)。历任日本国立研究开发法人理化学研究所开拓研究本部特别研究员、该研究所基础科学特别研究员,2025年起任现职。2022年入选先驱科研人。

Q1 您立志成为研究者的契机是什么?

A1 长时间思考后解决难题的成就感

我从小学时就喜欢读书,记得有段时间深深沉迷于书架上的奥数书籍。常常为一道题苦思冥想数日,在灵光一闪找到解题思路的那一刻,那份成就感让我难以忘怀,也彻底迷上了钻研。这种态度至今未变,我总是在不断寻找难题,不分昼夜地持续思考。

10岁时,我在学校的活动中写下未来的梦想,并把它封进了时间胶囊。这件事后来我自己都忘了,直到在成人礼上打开一看,上面竟写着“我想成为研究学者”。大学三年级时我也曾找过工作,但内心强烈希望在研究所工作,最终选择攻读博士课程。不知不觉间,我实现了儿时的梦想。

Q2 目前正在从事的研究是什么?

A2 借助STM挑战光电转换之谜

在理化学研究所,我们开发出了全球首个辨率测量并可视化单个吸光分子所产生电流的方法。这种测量方法为太阳能发电和人工光合作用的研究提供了新见解。我们将自主设计的装置——用可调谐激光照射待观察分子使其变为高能态——与扫描隧道显微镜(STM)相结合,实现了这一突破。

我在大学四年级时接触到了STM。当时我对太阳能发电研究很感兴趣,但因为猜拳输了,被分配到了一个用STM开展纳米科学研究的实验室。起初我因为研究方向不同而感到困扰,但被可用肉眼观察原子的STM所吸引,并想到是否可以将它与太阳能发电结合起来。不过当时受技术所限,未能取得成果。

后来,我灵机一动,想到可以用STM测量单个分子受光照射时产生的电流。开发过程虽然艰辛,但通过精准调控STM的探针与照射到分子上的光之间的相互作用等持续改良,最终成功清晰捕捉到了单个分子产生的光电流。

目前,我正致力于模仿植物光合作用的光电转换研究。光合作用反应中心能以近乎100%的惊人效率完成光电能量转换,但其机制至今仍是未解之谜。我构建了由类似光合色素的分子排列而成的模型光合作用系统,并利用STM以原子级精度探究分子间的距离、角度与能量转换的关系。我认为,如果能阐明这种关系,将有望助力研发高效率太阳能电池。

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这是我在JST先驱项目中开发的装置。该装置将自主研发的极低温光STM与一种将分子溶液经高压雾化后沉积在基板上的“电喷雾沉积”机构相结合而成。

Q3 对立志成为研究人员的人有何建议?

A3 当灵感出现时,就要立即行动

研究最大的乐趣,就在于不断向巨大难关发起挑战,在反复试错之后,终于突破壁垒的那一瞬间。面对难题时持续思考固然重要,但如果没有“灵感闪现”,就会失去下一步尝试的方向。我认为,研究者最关键的是要持续迸发灵感。

2025年我调任东京科学大学,开始站到了指导学生的立场上。我常告诉学生们:有了想法就要立刻行动。否则可能会转瞬即逝错失良机。

学生们常说“害怕离开既定的轨道”,但我希望大家不要畏惧,勇敢行动。充分发挥自己的优势,去开拓全新的道路。(TEXT:畑边康浩)

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【责任编辑:ada.sun】
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关键字阅读: 光合作用 太阳能电池
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